生物质能的发展现状与展望

生物质能（Biomass Energy）就是植物叶绿素将太阳能转化为化学能储存在生物质内部的能量。生物质能有多种利用方式，固体生物质通过热化学转换技术转换成可燃气体、焦油等；通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等；通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。生物质能的来源包括能源林木、能源作物、水生植物、各种有机的废弃物等，它们是通过植物的光合作用转化而成的可再生资源。生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。据估算，全球的陆地每年可生产1 000亿～1 250亿t生物质；海洋每年可生产500亿t生物质。生物质能的年产量远超全世界对能源的总需求量，相当于目前世界年总能耗的10倍。

20世纪末以来，欧美等国纷纷采取财政补贴、税收优惠、农户补助等激励政策，引导生物质能产业化发展，已取得了一定的成效。经济合作与发展组织和联合国粮食与农业组织共同发布的《2013—2022年农业展望》曾预测：到2022年，生物柴油的比例将占欧盟能源的45%，而燃料乙醇的比例也将占据美国能源的48%。美国生物质能的开发与利用处于世界领先地位，生物质能利用占一次能源消耗总量的4%左右。美国从1979年就开始使用生物质燃料燃烧发电，为了更好地发展生物质能技术，美国国会于2002年通过了《发展和推进生物质产品和生物能源报告》与《生物质技术路线图》法案，并提高科研经费，同时还提出减免生物质能税收的政策。欧洲生物质能开发利用多以丰富的森林资源为基础，具有起步早、政府重视、市场运作和企业带动双重刺激等特点，主要用于供暖、发电和生物柴油等。欧盟提出，到2020年将实现20%的燃料用生物质能代替。为了应对石油危机，减少石油进口量，巴西等国大力发展生物质能技术。目前，巴西已经成为世界上最大的乙醇生产和消费国，也是世界上最大的乙醇出口国。与此同时，日本、新加坡、加拿大等国也在较早时期开始了生物质能的研发工作。

我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆、农业加工剩余物、林业木质剩余物资源量非常丰富。目前，我国可利用生物资源量约相当于5亿t标准煤，随着经济社会的发展和造林面积的扩大，我国生物质资源转换为能源的潜力可达到10亿t标准煤，占我国能源消耗总量的28%。现在我国生物质能技术研发水平总体上与国际处于同一水平，在生物质气化及燃烧利用技术、生物质发电、垃圾发电等方面居领先水平，但是存在生物质能产业结构不均衡、生物质成型燃料缺乏核心技术、燃料乙醇关键技术有待突破等问题。为实现生物质能的健康发展，《生物质能发展“十三五”规划》对我国可再生能源生物质能的发展作出具体规划，提出到2020年，生物质能基本实现商业化和规模化利用。生物质能年利用量约5 800万t标准煤。生物质发电总装机容量达到1 500万kW，年发电量900亿kW·h，其中，农林生物质直燃发电700万kW，城镇生活垃圾焚烧发电750万kW，沼气发电50万kW；生物天然气年利用量80亿m3；生物液体燃料年利用量600万t；生物质成型燃料年利用量3 000万t。

作为一种清洁可再生能源，生物质能对加快建设生态型经济社会和满足我国能源需求具有重要意义。经过多年的科技研发和技术积累，我国在生物质能的开发和利用领域均取得了一定成就。随着政府对清洁可再生能源的日益重视，相关的法律法规及政策也日益完善，有利于推动生物质能的健康发展。但目前我国生物质能的发展还未实现产业化的规模生产，不仅有技术方面的原因，还有市场方面的原因和政策方面的原因。例如，我国纤维乙醇的产业化发展主要受低成本技术瓶颈的限制，而生物柴油的产业化发展则主要受市场及政策的影响。为此，“十三五”期间，我国生物质能的发展除了加强科技创新平台建设外，在生物质能低成本开发利用关键技术领域也力争取得突破性进展，同时，政府需要指定或采取有利于生物质能发展的政策、标准和法规，以推进生物质能产业健康、有序、快速发展。

世界各国对生物质能源的利用主要包括生物质发电、生物质液体燃料、沼气利用、生物质成型燃料等方式。生物质发电是目前技术最成熟、发展规模最大、最完善的现代化生物质能利用技术。国际上，生物质发电自20世纪后期以来取得较快发展，在欧美等国形成产业化应用，成为生物质能利用的重要领域。

生物质发电是通过化学方法把生物质能转化成为可以直接利用的能源形式，然后再转化成电能的发电技术。其发电机可以根据燃料的不同、温度的高低、功率的大小分别采用煤气发动机、斯特林发动机、燃气轮机和汽轮机等。生物质能的发电形式主要有以下5种：

（1）直接燃烧发电技术

直接燃烧发电技术是指用生物质能代替常规能源进行燃烧发电的一种技术，是一种最简单、最直接的方法。生物燃料密度较低，其燃料效率和发热量都不如化石燃料，通常应用于大量工、农、林业生物废弃物需要处理的场所，并且大多与化石燃料混合或互补燃烧。为了提高热效率，也可以采取各种回热、再热措施和各种联合循环方式。目前，在一些发达国家中，生物质燃烧发电量占可再生能源（不含水电）发电量的70%。我国生物质发电也具有一定的规模，主要集中在南方地区。

（2）甲醇发电技术

甲醇作为发电燃料，是当前生物能源研发利用的重要课题。日本专家采用甲醇气化-水蒸气反应产生氢气的工艺流程，开发了以氢气作为燃料的燃气轮机带动发电机组发电的技术。甲醇发电的优点除了低污染外，其成本也低于石油发电和天然气发电，很具有吸引力。利用甲醇的主要问题是燃烧甲醇时会产生大量的甲醛（比石油燃烧多5倍），一般认为甲醛是致癌物质，且有毒，会刺激眼睛。目前对甲醇的开发利用存在分歧，应对其危害性作进一步研究观察。(www.xing528.com)

（3）城市垃圾发电技术

垃圾发电是指通过特殊的焚烧锅炉燃烧城市固体垃圾，再通过蒸汽轮机发电机组发电的一种发电形式。垃圾发电分为垃圾焚烧发电和垃圾填埋气发电。其中，垃圾焚烧发电最符合垃圾处理的减量化、无害化、资源化原则。此外还有一些其他方式。例如，1992年加拿大建成的下水道淤泥处理工厂，把干燥后的淤泥在无氧条件下加热到450℃，使50%的淤泥气化，并与水蒸气混合转变成为饱和碳氢化合物，作为燃料供低速发动机、锅炉、电厂使用。

（4）生物质燃气发电技术

生物质燃气发电系统主要由气化炉、冷却过滤装置、煤气发动机、发电机4大主机构成，其工作流程为：将冷却过滤的生物燃气送入煤气发动机，发动机将燃气的热能转化为机械能，机械能再带动发电机发电。生物质燃气发电的实现，首先需要得到生物质经过气化或发酵而产生的氢气、甲烷等可燃气体，然后将其作为燃料输入内燃机或燃气轮机中，使发电装置得到充足的运转动力进行发电。生物质气化发电对燃料的要求较高，气体必须达到很高的净化程度，且该技术的整机容量小，大多此类发电机组多设在木材加工企业或粮食加工单位周边，不宜大规模建造和推广。而秸秆气化热值偏低，很难提供足够的热量进行持续发电，还会带来严重的污染，特别是对焦油的消除技术和气体净化技术仍需要进一步的改进和革新。

（5）沼气发电技术

在一些发达国家，沼气发电技术已经得到了广泛应用，且被列为重要的能源。沼气主要源于动物粪便和有机物含量丰富的废水，这些原料经过厌氧发酵生成甲烷和二氧化碳气体。在我国农村地区，沼气发电技术已得到有效推广，且收益颇丰，不仅解决了我国农村秸秆过剩的问题，还净化了农村的生活环境。但沼气发电技术稳定性差，并有一定的危险性，很难实现系统化管理。20世纪70年代，沼气发电技术开始在我国农村普及，目前已在农场家庭中广泛应用，使得农户很大程度上做到了用电自给，但该技术不适合作为公用电源进行大面积建设。目前的沼气发电系统主要有纯沼气电站和沼气-柴油混烧发电站两种。

以植物秸秆、废物垃圾等为原料实现发电，不仅净化了生活环境，还实现了充分利用资源的目的。目前，我国沼气的开发利用技术处于世界领先水平，发展规模也名列前茅。随着政府对生物质能发电的日益重视，很多省份均建设了生物质能发电的应用项目，收到了良好的效益。

此外，生物质液体燃料产品包括燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解油（即生物质直接液化产品）和生物合成燃料（即生物质间接液化产品，如生物甲醚、二甲醚和费托合成燃料等）。近年来，利用甘蔗和玉米等糖和淀粉原料抽取燃料乙醇、利用生物油脂抽取生物柴油的技术已经逐步实现商业化应用，处于稳定发展阶段。一些国家和企业开始探索利用纤维素生物质原料生产燃料乙醇和生物质合成燃料。